[发明专利]一种锂离子电池正极材料磷酸铁锂/石墨烯复合物的原位制备方法

说明书

本发明公开了一种锂离子电池正极材料磷酸铁锂/石墨烯复合物的原位制备方法，将包括铁的化合物、磷的化合物、锂的化合物的原料溶解在水中，加入适量络合剂保证溶液中没有沉淀产生；用弱酸和弱碱调节溶液至弱酸性或中性，再加入可均匀分散在水中的氧化石墨烯混合均匀；将混合溶液干燥，干燥后的混合物经焙烧得到锂离子电池正极材料磷酸铁锂/石墨烯复合物。该方法制备工艺简单，将石墨烯和磷酸铁锂的前驱体在溶液中原位混合均匀，所得溶液为弱酸性或中性，对设备腐蚀性较低。再经过一步焙烧直接得到复合物产品，无需二次混合，制备成本低，易于大规模生产，所制备的样品纯度高，复合均匀，电化学性能优良。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池正极材料磷酸铁锂/石墨烯复合物的原位制备方法，属于锂离子电池正极材料制备技术领域。

背景技术

正极材料是锂离子二次电池的重要组成部分，正极材料的研究是锂离子二次电池研究领域中最活跃的方向之一。目前商业化锂离子电池所使用的正极材料主要为嵌锂过渡金属氧化物，包括钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂三元体系等。现在常用的钴酸锂材料因为价格昂贵、化学稳定性和热稳定性较差等问题抑制了其在大容量电池上的应用。价格低廉的锰酸锂材料容量较低，高温循环性较差，并没有在国内得到广泛的推广。三元材料虽然具有较高的能量密度，但是安全性相对较差。磷酸铁锂正极材料具有原料成本低、环境友好、库仑效率高、平台电压平稳、循环性能优异、热稳定性好、安全性好等优点，成为目前广受关注的锂离子电池正极材料，特别是锂离子动力型电池用正极材料的优选体系。

经过十余年的研究，在磷酸铁锂材料的合成技术、改性技术、应用技术方面取得了实质性进展，已进入实用化阶段，但是磷酸铁锂材料仍然存在锂离子扩散速率和电子导电率较低的问题，导致纯的磷酸铁锂材料的电化学性能不够理想。表面碳包覆是现在比较常用的提高磷酸铁锂材料电化学性能的方法。当前常用的合成方法中所得到的碳包覆结构主要以无定形碳为主。有研究表明Li⁺离子在sp²结构的碳中比在sp³结构或无定形结构的碳中更容易扩散；而且sp²杂化的碳电导率大于sp³杂化和无序碳的电导率。石墨烯中的碳完全以sp²形式存在，因此磷酸铁锂与石墨烯的复合是提高磷酸铁锂材料的锂离子扩散速率和电子导电率有效手段。

目前磷酸铁锂与石墨烯复合的方法主要采用固-固混合的方法，将合成得到的磷酸铁锂材料与石墨烯相互混合均匀。由于合成所得的磷酸铁锂颗粒较大，这种固-固混合方法在不打碎原始颗粒的前提下，很难保证磷酸铁锂与石墨烯之间的均匀混合。

针对固-固混合方法的局限性，有必要采用其他的混合方法来提高混合的均匀性。采用在溶液中混合的方法，可以使不同物质在溶液中以分子级水平混合，提高混合的均匀性。溶液混合过程中，各混合物料必须在溶液中具有良好的分散性，但是由于磷酸铁锂和石墨烯在水中都无法溶解，仍然以固相形式存在，难以采用溶液中混合的方法。将磷酸铁锂和石墨烯的前驱体溶解在溶液中，混合之后再反应得到磷酸铁锂和石墨烯的复合物是一种有效解决方法。但是铁盐和磷酸盐前驱体在通常条件下，会在溶液中反应生成沉淀，无法形成分散均匀的溶液，只有将溶液调节为强酸性环境可以有效避免沉淀的生成，但强酸性溶液对设备的腐蚀性较大，对设备要求高，难以实现规模化生产。

发明内容

针对现有技术中所存在的问题，本发明的目的在于提供一种锂离子电池正极材料磷酸铁锂石墨烯复合物的原位制备方法，该方法条件温和，对设备腐蚀性低所制备的样品纯度高，复合均匀，电化学性能优良。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：